Группа бактерий, называемых Enterobacteriaceae, включая Klebsiella pneumoniae, Shigella, E. coli и другие, присутствует в низких концентрациях как часть здорового микробиома кишечника человека. Но в высоких концентрациях — вызванных, например, повышенным воспалением в организме или употреблением загрязненной пищи — эти микробы могут вызывать болезни и заболевания. В крайних случаях слишком большое количество Enterobacteriaceae в кишечнике может быть опасным для жизни.

Исследователи использовали вычислительные подходы, включая ИИ, для анализа состава микробиома кишечника более 12 000 человек из 45 стран по образцам их стула. Они обнаружили, что «сигнатура» микробиома человека может предсказать, будет ли кишечник человека колонизирован Enterobacteriaceae. Результаты совпадают для разных состояний здоровья и географических местоположений.

Исследователи идентифицировали 135 видов кишечных микробов, которые обычно встречаются при отсутствии Enterobacteriaceae, вероятно, защищая от инфекции .

Среди защитных видов кишечника выделяется группа бактерий Faecalibacterium, которые производят полезные соединения, называемые короткоцепочечными жирными кислотами, расщепляя клетчатку в пище, которую мы едим. Похоже, это защищает от заражения целым рядом болезнетворных бактерий семейства Enterobacteriaceae.

Исследователи предполагают, что употребление большего количества клетчатки в нашем рационе будет способствовать росту полезных бактерий и вытеснению вредных, что значительно снизит риск заболеваний.

Напротив, прием пробиотиков, которые напрямую не изменяют среду в кишечнике, с меньшей вероятностью повлияет на вероятность заражения энтеробактериями.

Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology .

«Наши результаты показывают, что то, что мы едим, потенциально очень важно для контроля вероятности заражения целым рядом бактерий, включая E. coli и Klebsiella pneumoniae, поскольку это изменяет среду нашего кишечника, делая ее более враждебной для захватчиков», — сказал доктор Александр Алмейда, научный сотрудник кафедры ветеринарной медицины Кембриджского университета и старший автор статьи.

Доктор Алмейда, старший автор нового отчета, видит огромный потенциал в использовании микробиома кишечника для улучшения медицинской диагностики и лечения. Кредит: Кембриджский университет
Он добавил: «Употребляя клетчатку в таких продуктах, как овощи, бобы и цельные зерна, мы можем обеспечить наши кишечные бактерии сырьем для производства короткоцепочечных жирных кислот — соединений, которые могут защитить нас от этих патогенных микроорганизмов».

Klebsiella pneumonia может вызывать пневмонию, менингит и другие инфекции. Тревожный глобальный рост устойчивости к антибиотикам этого бактериального патогена заставил ученых искать новые способы держать его и другие подобные инфекционные бактерии под контролем.

«С ростом уровня устойчивости к антибиотикам у нас остается все меньше вариантов лечения. Лучшим подходом сейчас является предотвращение возникновения инфекций в первую очередь, и мы можем сделать это, уменьшив возможности для размножения болезнетворных бактерий в нашем кишечнике», — сказал Алмейда.

Новое понимание взаимодействия кишечных микробов
Более ранние исследования для понимания взаимодействия между различными бактериями в нашем кишечнике проводились на мышах. Но некоторые из этих новых результатов противоречат предыдущим открытиям.

Новое исследование показало, что 172 вида кишечных микробов могут сосуществовать с болезнетворными бактериями Enterobacteriaceae. Многие из этих видов функционально схожи с бактериями: им нужны те же питательные вещества, чтобы выжить. Ранее считалось, что конкуренция за ресурсы остановит болезнетворные бактерии от закрепления в кишечнике.

Это имеет важные последствия для лечения: прием пробиотиков, которые конкурируют за те же питательные вещества с плохими бактериями, чтобы попытаться уморить их голодом, не сработает. Исследователи говорят, что будет полезнее изменить среду в кишечнике, например, с помощью диеты, чтобы снизить риск заражения Enterobacteriaceae.

«Это исследование подчеркивает важность изучения патогенов не как изолированных объектов, а в контексте окружающего их микробиома кишечника», — сказал доктор Ци Инь, приглашенный научный сотрудник кафедры ветеринарной медицины Кембриджского университета и первый автор отчета.